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阳光将
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#线粒体疾病#是由线粒体DNA（mitochondrialDNA，mtDNA）突变引起的疾病，症状主要表现为代谢相关的疾病。因为受精卵的细胞质几乎全部来自于母亲，所以其遗传方式为母系遗传。在美国大概每年有个受此影响的婴儿出生，在英国每人中，就有一个患者。但是，最近的科学进展为该疾病提供了1～2种生殖修复治疗：1、将有线粒体疾病风险的卵母细胞/受精卵的线粒体置换成正常的线粒体；2、用基因编辑方法对问题线粒体进行修复编辑。
近日，来自美国布朗大学医学科学系的EliY.Adashi教授及其合作者在Science发表了题为：Mitochondrialdisease:Replaceoredit?的观点文章。文章重点介绍了线粒体置换治疗（mitochondrialreplacementtherapy，MRT），和由脱氨酶超家族的细菌间*素（distinctivepropertiesofaninterbacterialtoxin，DddA）的独特特性衍生的胞嘧啶碱基融合编辑（DddA-derivedcytosinebasefusioneditor，DdCBE）的原理及优缺点，并提出将两种方法结合在一起的治疗策略。
线粒体替换治疗（MRT）这个概念约在25年前被提出，并且已经被应用于临床前和早期临床阶段。总的来说，MRT就是将有线粒体疾病风险的卵母细胞/受精卵中的遗传物质（原核、纺锤体-染色质复合物、极体）转移到一个去核的、拥有正常线粒体的细胞内。其中原核转移（pronucleartransfer，PNT）和纺锤体-染色质复合物转移（maternalspindletransfer，MST）在过去十年内一直是临床前研究的主要方向，并且已经被概念验证（proof-of-concept）：疾病相关的mtDNA可以被正常的单倍型mtDNA有效替换。而关于极体转移（polarbodytransfer，PBT）还有待进一步的研究。由于极体几乎丢掉了所有细胞质，所以PBT能够更好的避免残留的突变mtDNA造成的影响。（图1）目前已经有接受MST治疗的婴儿出生，并且由于MRT并不会对mtDNA的序列造成改变，所以该方法已经在几个司法管辖区内取得了监管批准。例如，在英国，年8月31日至年10月31日期间，至少有17项MRT申请获得了人类受精和胚胎管理局(HFEA)的批准。而且PNT临床试验的结果（NCT）还在进行中。
图1线粒体替换治疗
对于所有形式的MRT来说都存在的弊端是核周围的线粒体容易随着遗传物质一起转入新的细胞，并且这种残留的mtDNA目前是没有办法做到完全清除的，并且怎么解决残留的mtDNA仍在积极探索中。据报道，接受MST治疗出生的儿童组织中有2.37%～9.23%残留的突变mtDNA，但是这样的残留比例是否会增加，以及这样的残留是否会导致表型逆转还有待积极的探索，如果这样的逆转被证实，那么将完全否定该治疗方案。
这种逆转mtDNA现象首先是在进行MRT实验的恒河猴以及其后代中发现的。在他们的一些内部器官中，发现残留的mtDNA小于等于16.6%；并且在人类胚胎干细胞系的MRT实验中，也发现8/39出现这样的现象，但是这样的残留是否会带来细胞表型上的改变，甚至是否会带来个体表现上的改变还有待研究。
用于治疗线粒体疾病的mtDNA编辑酶也是一个治疗方案。遗憾的是，由于膜的强疏水性以及横跨线粒体内膜的强电化学电势，导致sgRNA不能被转进线粒体，从而否决CRISPR-Cas编辑系统。于是无RNA的可编程核酸酶成为了研究焦点。研究人员在人-鼠杂交的带有异常mtDNA卵母细胞中进行转录激活因子样效应核酸酶(transcriptionactivator–likeeffectornucleases，TALENs)或锌指核酸酶(zincfingernucleases，ZFNs)进行实验。由于TALENs和ZFNs具有核酸序列的特异性，所以能够精准在异常mtDNA上利用核酸内切酶活性引发双链DNA的断裂，因为线粒体内没有DNA损伤修复机制，所以整个DNA分子被破坏。这些包含Leber遗传性视神经病变（Leber’shereditaryopticneuropathy，LHON）、神经病变、共济失调以及色素性视网膜炎的异常mtDNA都被编辑酶成功清除。
最近关于无RNA的mtRNA碱基编辑技术有了一个突破性的进展：脱氨酶超家族的细菌间*素的独特特性衍生的胞嘧啶碱基融合编辑（DddA-derivedcytosinebasefusioneditor，DdCBE）。该方案在DddA的基础上额外添加了一个线粒体靶向信号，使得DddA结合到mtDNA上，然后高度特异性的将mtDNA上突变的C-G转换成T-A（理论估计，在已证实的93种致病突变中，约有10%的疾病能够被DdCBE正确的修复）。（图2）在人胚胎肾HEKT细胞实验中，脱靶率非常的低（0.03%～0.13%）；并且对核内基因的编辑没有被检测到。但是DdCBE是否会引起DNA的插入、缺失、重排还需要进一步研究。
图2线粒体基因编辑
虽然及时的DdCBE治疗，能够阻止线粒体疾病的遗传，但是该技术也是存在明显的缺点：
1、例如在mtDNA复制阶段，双链DNA分开，由于DddA只对C进行编辑，所以在最终复制出来的两条DNA中，只有一条是T-A，另外一条还是C-G，编辑效率降低50%。目前发现mtDNA复制在人类胚胎发育的早期阶段（受精后5天左右的胚泡期胚胎之前）几乎不发生，这个阶段可以作为一个补救阶段。所以该技术目前为止只能做到减少突变的mtDNA，而做不到清除。
2、DdCBE只能将C变成T，将C-G变成T-A，所以由A突变成C和由G突变成C也会被修复成T，这样不仅没有正确的修复mtDNA的突变，还扩大了突变的碱基范围；并且DdCBE是没法对mtDNA插入和缺失（例m.delT或m._insT）导致的线粒体疾病进行治疗的。
于是研究者们提出了一种新的治疗策略，将两种方法结合起来。先对卵母细胞/受精卵进行MRT治疗，然后再用碱基编辑技术将残留的异常mtDNA进行减少或修复。这样的策略可以明显降低残留的mtDNA引起的逆转现象。但是这样的策略同样也对碱基编辑技术的效率，以及安全性（DNA的插入、缺失、重排）有着更高的要求。
生殖修复治疗方案治疗线粒体疾病很有希望，但同时也充满困难。例如MRT的残留mtDNA及其逆转表型的可能性以及细胞质供体涉及到的伦理、法律和宗教方面问题；更多的碱基编辑技术会随着时间的推移而出现，这些技术能够应用于线粒体疾病的治疗，但是其效率以及安全性仍是不可避免的问题。所以在线粒体疾病的治疗方面还需要积极的探索。